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文檔簡(jiǎn)介

水泥攪拌樁在河道護(hù)岸邊坡穩(wěn)定處理的應(yīng)用

摘要:水泥攪拌樁是加固飽和軟土地基的一種成熟方法,它在現(xiàn)代河道護(hù)岸工程軟土地基中提高其豎向承載力、水平抗剪切強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角的應(yīng)用也非常的廣泛,從某種意義上來(lái)看,水泥攪拌樁設(shè)計(jì)方案及施工技術(shù)質(zhì)量控制,直接關(guān)系著整個(gè)河道護(hù)岸工程的質(zhì)量。本文將以樂(lè)清灣港區(qū)北區(qū)河道工程軟基處理為例,就水泥攪拌樁技術(shù)在提高河道護(hù)岸整體穩(wěn)定的應(yīng)用,談一下自己的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí),以供參考。

關(guān)鍵詞:河道護(hù)岸工程;水泥攪拌樁;邊坡穩(wěn)定;應(yīng)用;研究

1工程概述

1.1工程概況

本片河道整治涉及臨港北河、前塘河、里岙河和高嵩河四條河道,均為新挖河道,河道總長(zhǎng)5317m,其河道規(guī)模如表1所示。

區(qū)域河道規(guī)模

表1

河道名稱(chēng)

河道長(zhǎng)度(m)

河道寬度(m)

河底高程(m)

后側(cè)建基面高程(m)

臨港北河

3290

60

-1.5

4.3

前塘河

480

50

-1.5

4.3

里岙河

635

50

-1.5

4.3

高嵩河

912

60

-1.5

4.3

1.2區(qū)域地質(zhì)概況

本工程位于樂(lè)清市區(qū)東北沿海,擬建場(chǎng)地地基土在勘察深度內(nèi)共有3個(gè)工程地質(zhì)層,其中

=3\*GB3

細(xì)分為3個(gè)工程地質(zhì)亞層,分別為:

=3\*GB3

-1淤泥質(zhì)粘土、

=3\*GB3

-2淤泥、

=3\*GB3

-3淤泥,如表2所示。

土體強(qiáng)度表

表2

土層

編號(hào)

土層名稱(chēng)

快剪

固快

抗剪強(qiáng)度

C(kpa)

內(nèi)摩擦角

φ(o)

抗剪強(qiáng)度

C(kpa)

內(nèi)摩擦角

φ(o)

③-1

淤泥質(zhì)粘土

12.0

3.5

12.4

10.2

③-2

淤泥

6.1

2.1

8.2

8.5

③-3

淤泥

9.1

3.2

11.7

10.5

1.3河道斷面

墻頂高程取為2.2m,基礎(chǔ)底板頂高程取為0.7m,基礎(chǔ)外側(cè)設(shè)寬度不小于4.0m的護(hù)腳平臺(tái),并以1:5.0邊坡與設(shè)計(jì)河底高程-1.50m連接。后側(cè)布置斜坡綠化帶填高至4.3m。

圖1河道標(biāo)準(zhǔn)斷面

1.4河道護(hù)岸邊坡穩(wěn)定分析

圖2擋墻非常運(yùn)行工況整體穩(wěn)定計(jì)算圖

根據(jù)上述整體穩(wěn)定計(jì)算圖可知,擋墻后側(cè)填土高程為4.3m,設(shè)計(jì)河底高程為-1.5m,河道斷面的豎向落差為5.8m,其非常運(yùn)行工況整體穩(wěn)定不滿足其規(guī)范規(guī)定的要求。其原因?yàn)楹拥罃嗝尕Q向落差較大和擋墻以下淤泥質(zhì)土層水平抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角較小,行之有效的方法為提高其土層的水平抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角。軟土地基經(jīng)過(guò)水泥攪拌樁加固形成的復(fù)合地基,其打設(shè)水泥攪拌樁范圍內(nèi)土層的水平抗剪強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角能得到有效的提高,提高其邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)。

2水泥攪拌樁對(duì)工程地質(zhì)勘察的要求

對(duì)擬采用水泥攪拌樁處理河道護(hù)岸邊坡穩(wěn)定的水利工程,除了一般的工程地質(zhì)勘察要求外,還需要查明:

=1\*GB3

、護(hù)岸基礎(chǔ)土層的層厚和物質(zhì)組成,尤其是大塊物質(zhì)(如石塊和樹(shù)根等)的大小和含量;

=2\*GB3

、土的含水量:當(dāng)攪拌樁水泥配比一樣時(shí),其內(nèi)摩擦角和水平抗剪強(qiáng)度隨土體的天然含水量的降低而增大;

=3\*GB3

、有機(jī)質(zhì)含量:土體有機(jī)質(zhì)含量較高會(huì)阻礙水泥水化反應(yīng),影響攪拌樁水泥土的內(nèi)摩擦角和水平抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)。故對(duì)有機(jī)質(zhì)含量較高的填土和吹填土應(yīng)予慎重考慮;

=4\*GB3

、水質(zhì)分析:對(duì)土體地下水的酸堿度(PH值)及硫酸鹽含量等進(jìn)行分析,以判斷地下水對(duì)水泥侵蝕性的影響;

=5\*GB3

、塑性指數(shù):當(dāng)?shù)鼗恋乃苄灾笖?shù)Ip>25時(shí),水泥和地基土不容易攪拌均勻。

3水泥攪拌樁加固原理

深層水泥攪拌樁加固的基本原理是水泥攪拌樁加固土的物理化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。在水泥攪拌樁加固土中,由于水泥的摻入量很?。▋H占被加固土重的7%~20%),水泥水解和水化反應(yīng)完全是在有一定活性的介質(zhì)—土體的圍繞下進(jìn)行。水泥攪拌樁土體的硬化速度緩慢且作用較復(fù)雜,其內(nèi)摩擦角和水平抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)的過(guò)程遠(yuǎn)比混凝土緩慢。其加固過(guò)程分別為:

=1\*GB3

水泥的水解和水化反應(yīng);

=2\*GB3

土體顆粒與水泥水化物的作用;

=3\*GB3

碳化作用。

4河道護(hù)岸邊坡穩(wěn)定軟基處理中的水泥攪拌樁施工技術(shù)

水泥攪拌樁施工技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,已形成噴漿和噴粉兩種深層攪拌施工技術(shù),由于所使用的固化劑狀態(tài)不同,即噴漿型深層攪拌法的固化劑是水泥漿液;而噴粉攪拌法的固化劑是水泥干粉。由于噴粉攪拌樁施工質(zhì)量較難控制,一般采用噴漿型深層攪拌法。

4.1噴漿水泥攪拌樁施工工藝

圖3噴漿型深層水泥攪拌樁施工順序

噴漿型深層攪拌的施工順序如圖3所示:

=1\*GB3

、定位:起重機(jī)(或塔架)懸吊攪拌機(jī)到達(dá)指定樁位,對(duì)中;

=2\*GB3

、預(yù)攪下沉:待深層攪拌機(jī)的冷卻水循環(huán)正常后,啟動(dòng)攪拌樁電機(jī),放松起重機(jī)鋼絲繩,使攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架攪拌切土下沉,下沉速度可由電流監(jiān)測(cè)表控制;

=3\*GB3

、制備水泥漿:待深層攪拌機(jī)下沉一定深度時(shí),即開(kāi)始按設(shè)計(jì)確定的配合比拌制水泥漿,待壓漿前將水泥漿倒入集料斗中;

=4\*GB3

、噴漿攪拌提升:深層攪拌機(jī)下沉到設(shè)計(jì)深度后,開(kāi)啟灰漿泵將水泥漿壓入地基中,邊噴漿邊旋轉(zhuǎn),同時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)確定的提升速度提升攪拌機(jī);

=5\*GB3

、重復(fù)攪拌下沉和提升:攪拌機(jī)提升至設(shè)計(jì)加固深度的頂面標(biāo)高時(shí),集料斗中的水泥漿應(yīng)正好排空;

=6\*GB3

、清洗:向集料斗中注入適量的清水,開(kāi)啟灰漿泵,清洗全部管路中殘存的水泥漿,直至清洗干凈;

=7\*GB3

、移位:將攪拌機(jī)移位,重復(fù)上述

=1\*GB3

=6\*GB3

步驟,進(jìn)行下一根水泥攪拌樁的施工。

4.2噴漿水泥攪拌樁施工中常見(jiàn)的問(wèn)題和處理方法

噴漿水泥攪拌樁施工中常見(jiàn)的問(wèn)題和處理方法如表3所示:

噴漿水泥攪拌樁施工中常見(jiàn)問(wèn)題和處理方法

表3

常見(jiàn)問(wèn)題

發(fā)生原因

處理方法

預(yù)攪下沉困難,電流值高,電機(jī)跳閘

=1\*GB3

電壓偏低

=2\*GB3

土質(zhì)硬,阻力過(guò)大

=3\*GB3

遇大石塊、樹(shù)根等障礙物

=1\*GB3

增加電壓

=2\*GB3

適量沖水或漿液

=3\*GB3

挖除障礙物

攪拌機(jī)下不到預(yù)定深度,但電流不高

土體粘性大,攪拌機(jī)自重不足

增大攪拌機(jī)重量或開(kāi)動(dòng)加壓裝置

噴漿未到設(shè)計(jì)樁頂面(或底部樁端)標(biāo)高,集料斗水泥漿已排空

=1\*GB3

投料不準(zhǔn)確

=2\*GB3

灰漿泵損壞漏漿

=3\*GB3

灰漿泵輸漿量偏大

=1\*GB3

重新確定投料量

=2\*GB3

檢修灰漿泵

=3\*GB3

重新確定灰漿輸漿量

噴漿到設(shè)計(jì)樁頂面(或底部樁端)標(biāo)高,集料斗中剩漿過(guò)多

=1\*GB3

拌漿加水過(guò)量

=2\*GB3

投料不準(zhǔn)確

=3\*GB3

輸漿管路阻塞

=1\*GB3

重新標(biāo)定拌漿用水量

=2\*GB3

重新確定投料量

=3\*GB3

清洗輸漿管路

輸漿管堵塞爆裂

=1\*GB3

輸漿管內(nèi)有水泥結(jié)塊

=2\*GB3

噴漿口球閥間隙太小

=1\*GB3

拆洗輸漿管

=2\*GB3

使噴漿口球閥間隙適當(dāng)

攪拌鉆頭和混合土同步旋轉(zhuǎn)

=1\*GB3

灰漿濃度過(guò)大

=2\*GB3

攪拌葉片角度不適宜

=1\*GB3

重新標(biāo)定漿液水灰比

=2\*GB3

調(diào)整葉片角度或更換鉆頭

5河道工程軟基處理中的水泥攪拌樁技術(shù)應(yīng)用效果

5.1噴漿水泥攪拌樁場(chǎng)地適應(yīng)性分析

水泥攪拌樁對(duì)場(chǎng)地適應(yīng)性有很高的要求,如

=1\*GB3

場(chǎng)地內(nèi)有無(wú)大塊石和樹(shù)根;

=2\*GB3

土的含水量;

=3\*GB3

土的有機(jī)質(zhì)含量;

=4\*GB3

地下水的PH值;

=5\*GB3

土的塑性指數(shù)。

樂(lè)清灣港區(qū)北區(qū)河道工程場(chǎng)地地質(zhì)條件如表4所示:

場(chǎng)地地質(zhì)條件概況表

表4

項(xiàng)目

有無(wú)障礙物

土的含水量

土的有機(jī)物含量

地下水PH值

土的塑性指數(shù)

淤泥質(zhì)粘土

無(wú)

48.2%

無(wú)

6.7

20.7%

淤泥

無(wú)

68.1%

無(wú)

6.8

24.6%

淤泥

無(wú)

65.6%

無(wú)

6.8

23.2%

根據(jù)上述場(chǎng)地地質(zhì)條件,場(chǎng)地三個(gè)土層五個(gè)地質(zhì)條件對(duì)水泥攪拌樁的適用性分析如下所示:

=1\*GB3

、場(chǎng)地內(nèi)無(wú)障礙物水泥攪拌樁可以順利打設(shè);

=2\*GB3

、土的含水量在布置水泥攪拌樁的范圍內(nèi);

=3\*GB3

、土中無(wú)有機(jī)物含量,不會(huì)影響水泥的水化反應(yīng)而影響其加固土的強(qiáng)度;

=4\*GB3

、水泥攪拌樁處理的淤泥地質(zhì)土層地下水的PH值為弱酸性,不會(huì)侵蝕水泥攪拌樁;

=5\*GB3

、土體的塑性指數(shù)相對(duì)較小,不會(huì)影響水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量。故本河道工程軟土地基處理采用噴漿水泥攪拌樁較適用。

5.2噴漿水泥攪拌樁技術(shù)在樂(lè)清灣港區(qū)北區(qū)河道工程應(yīng)用效果

根據(jù)相關(guān)水泥土抗剪強(qiáng)度采用直接快剪和三軸不排水剪切試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定,其試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

水泥土直剪試驗(yàn)結(jié)果表

表5

天然土樣試驗(yàn)

水泥摻量

aw

(%)

水泥土

齡期

T

(d)

水泥土試驗(yàn)

無(wú)側(cè)限抗

壓強(qiáng)度

qu

(kpa)

抗剪強(qiáng)度

無(wú)側(cè)限抗

壓強(qiáng)度

qu

(kpa)

抗剪強(qiáng)度

黏聚力

C

(kpa)

內(nèi)摩擦角

φ

(o)

黏聚力

C

(kpa)

內(nèi)摩擦角

φ

(o)

37

14

14

10

28

633

161

26.5

10

90

1124

271

31

15

28

1315

289

32

根據(jù)上述試驗(yàn)表明:當(dāng)水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu在0.61MPa~3MPa的范圍內(nèi),其黏聚力c與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu的20%~30%之間,其內(nèi)摩擦角φ變化在20o~30o之間。

查找相關(guān)資料表明,濱海相沉積淤泥經(jīng)處理形成水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1000kpa(90d),7d水泥土強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的30%,30d為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的60%。根據(jù)《地基處理手冊(cè)(第三版)》(龔曉楠主編),按下式計(jì)算復(fù)合土體強(qiáng)度:

式中:

—天然土體強(qiáng)度指標(biāo),計(jì)算中取快剪指標(biāo);

—樁身強(qiáng)度指標(biāo);

m—土體置換率。

本工程計(jì)算土體指標(biāo)根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)勘察資料進(jìn)行選用。水泥摻入量可根據(jù)要求選用7%~20%,現(xiàn)初步擬定水泥摻入量為15%,該河道工程軟基處理過(guò)程中,水泥土抗剪強(qiáng)度采取抗壓強(qiáng)度的20%,為200kpa,內(nèi)摩擦角取定20o。水泥攪拌樁樁間距為1.3m,攪拌樁面積置換率m取16.7%,加固區(qū)位于淤泥層內(nèi),該土層加固后復(fù)合土體強(qiáng)度指標(biāo)如表6所示。

加固區(qū)內(nèi)復(fù)合土體強(qiáng)度表

表6

土層編號(hào)

土層名稱(chēng)

快剪

固快

抗剪強(qiáng)度

C(kpa)

內(nèi)摩擦角

φ(o)

抗剪強(qiáng)度

C(kpa)

內(nèi)摩擦角

φ(o)

③-1

淤泥質(zhì)粘土

40.2

6.1

40.5

11.7

③-2

淤泥

35.2

7.5

37.2

10.3

③-3

淤泥

37.7

8.4

39.9

12.0

設(shè)計(jì)計(jì)算取值

37.0

6.9

38.5

11.2

有關(guān)水泥土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)表明,當(dāng)水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu在0.61~3.0MPa的范圍內(nèi),其黏聚力比天然土的大10~20倍,內(nèi)摩擦角增加一倍左右。通過(guò)水泥攪拌樁在不同處理位置、不同處理范圍和不同處理深度進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算,綜合考慮工程投資,水泥攪拌樁在河道擋墻底側(cè)位置,寬9.1m范圍,處理深度為16m,樁間距為1.3m,其河道整體穩(wěn)定能滿足規(guī)范要求。地基基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)水泥攪拌樁處理后,整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如下圖所示。

圖4水泥攪拌樁處理后非常運(yùn)行工況整體穩(wěn)定

6結(jié)語(yǔ):樂(lè)清灣港區(qū)北區(qū)

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